Об’ємні резонатори

1 Завдання на самостійну позааудиторну роботу

1.1 Вивчити літературу до розділу 12 [4, c. 131 – 138, 242 – 245].

1.2 Ознайомитися з описом лабораторної установки.

2 Контрольні питання для допуску до аудиторної роботи

2.1 Поняття об’ємного резонатора. Класифікація резонаторів.

2.2 Резонансна частота. Нижчі, вищі, вироджені коливання.

2.3 Добротність: власна, навантажена, зовнішня.

2.4 Особливості резонаторів у вигляді короткозамкнених відрізків лінії передачі.

2.5 Склад лабораторної установки і порядок виконання роботи.

2.6 Методика вимірювань резонансної довжини, резонансної частоти, ширини резонансної кривої і добротності.

3 Опис лабораторної установки

3.1 Функціональна схема установки зображена на рис. 2.3: 1 – генератор НВЧ, 2 – феритовий вентиль, 3 – регульований атенюатор, 4 – вимірювальна лінія, 5 – досліджуваний циліндричний резонатор, 6 – узгоджене навантаження, 7 – вимірювач відношення напруг або вимірювальний підсилювач.

На пристрої виконується дослідження характеристик перестроювального циліндричного резонатора 5, а також перестроювального коаксіального резонатора. Як коаксіальний резонатор, використовують резонатор індикаторної головки вимірювальної лінії 4.

Для роботи на установці необхідно вивчити інструкції з експлуатації: генератора НВЧ за додатком В, вимірювальної лінії за А.1.1 і вимірювача відношення напруг за додатком Б.

3.2 Досліджуваний резонатор 5 зроблено на круглому хвилеводі у вигляді циліндра, одна з торцевих стінок якого може зміщуватися за допомогою мікрометричного гвинта. Довжина резонатора контролюється за допомогою шкали мікрометричного гвинта , де – початкова довжина, – показання шкали. Значення і радіуса (діаметра) резонатора позначені на робочому місці. Настроювання в резонанс контролюється за максимумом показань індикаторного приладу вимірювача відношення напруг 7.

Рисунок 2.3 – Функціональна схема установки для дослідження об'ємних

резонаторів

3.3 Індикаторна головка вимірювальної лінії 4 містить коаксіальний резонатор. Для збудження резонатора використовується зонд, який вводять в основну лінію. У верхній частині індикаторної головки розташований лімб і механізм занурення зонду з відліковою шкалою, а також два механізми настроювання – верхній з прямокутними ручками клавішного типу і нижній з круглими ручками. Правила настроювання індикаторної головки викладені в А.1.1.

3.4 Дослідження запропонованих макетів на цій лабораторній установці дозволяє отримати типові для радіотехнічних коливальних контурів резонансні криві, а також встановити тип коливань, збуджених у циліндричному резонаторі.

4 Порядок виконання роботи

4.1 Підготувати установку до роботи, увімкнути у мережу генератор і вимірювач відношення напруг. Прогріти апаратуру протягом 15 хв. За цей час ознайомитися з інструкцією з експлуатації генератора, який встановлено на робочому місці.

4.2 Поміряти резонансну довжину циліндричного резонатора . Для цього підключити резонатор до вимірювача відношення напруг, встановити частоту генератора f і, повільно змінюючи довжину резонатора за допомогою мікрометричного гвинта, знайти максимальне показання індикаторного приладу. Записати значення і . Врахувати, що на фіксованій частоті резонанси можуть спостерігатися при різних довжинах.

4.3 Виконати вимірювання згідно з 4.2 на 4 – 5 частотах. Результати звести у таблицю.

4.4 Для граничних частот із ряду згідно з 4.3 виписати значення і для обох випадків розрахувати резонансні довжини хвиль для всіх коливань, вказаних у виносці до таблиці 2.3. Результати надати у вигляді таблиці, розташувавши типи коливань в порядку зменшення .

Таблиця 2.3 – Дані до розрахунку резонансних довжин хвиль¹

Індекс	Значення для хвилі типу
	N =1	N =2	N =1	N =2
0	2.613	1.138	1.64	0.896
1	1.640	0.895	3.41	1.178
2	1.223	0.746	2.06	0.934
3	0.925	0.644	1.50	0.784
4	0.828	—	1.182	—
5	0.716	—	0.979	—
6	0.632	—	0.838	—

4.5 Порівняти експериментальні і розрахункові значення резонансних довжин згідно з 4.2 – 4.4. За близькістю експериментальних і розрахункових значень визначити типи хвиль, які збуджені в резонаторі. Якщо різниця велика, слід змінити частоту і знову виконати розрахунки . Точний збіг спостерігається рідко, оскільки резонатори виготовлені в лабораторії, а якість виконання резонатора і елементів зв’язку суттєво впливає на резонансну частоту.

4.6 Для випадку найкращого збігу значень згідно з 4.5 виміряти резонансну криву і навантажену добротність резонансним методом, змінюючи довжину резонатора на фіксованій частоті. Встановити резонансну частоту, настроїтися в резонанс і виміряти резонансну довжину резонатора . Повільно змінюючи довжину спочатку в бік зменшення, а потім – зменшення відносно , виміряти залежність показань індикаторного приладу вимірювача відношення напруг від розміру . З урахуванням квадратичності характеристики детектора напруга .

Резонансну криву зобразити у вигляді залежності нормованих значень від відносного розстроювання . Максимальне значення напруги досягається при встановленні розміру . З графіка знайти два значення параметра , які відповідають точкам половинної потужності, тобто значенню .

Розрахувати ширину резонансної кривої , граничні частоти резонансної смуги і навантажену добротність

4.7 Повторно визначити граничні частоти резонансної смуги, ширину резонансної кривої і навантажену добротність резонансним методом, змінюючи частоту при фіксованій довжині резонатора. Настроїтися у той же резонанс. Повільно перестроїти частоту генератора у бік зменшення так, щоб показання індикаторного приладу зменшилися у 2 рази. Це відповідає частоті . Частоту знайти аналогічно. Якщо рівень потужності генератора дуже змінився з підвищенням частоти, значення можна розрахувати за симетрією з параметром . Результати з 4.6, 4.7 звести у таблицю і порівняти.

4.8 Поміряти граничні частоти резонансної смуги, ширину резонансної кривої і навантажену добротність коаксіального резонатора індикаторної головки вимірювальної лінії. Для цього підключити індикаторну головку до вимірювача відношення напруг, а до виходу вимірювальної лінії – узгоджене навантаження. Настроїти індикаторну головку згідно з А.1.1 і записати частоту генератора, яка є у даному випадку резонансною частотою . Наступні операції виконувати аналогічно 4.7. Виконати виміри на трьох будь-яких частотах, результати звести в таблицю.